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意味着什么,NASA首次观测到火星地震

2019-08-24 01:38

关注环球科学

2019年4月6日,正在火星工作的

据外媒报道,自去年11月以来开始在火星表面执行任务的NASA“洞察号”探测器日前刚刚探测到火星上可能发生的第一次地震。这是该探测器正在执行的探测火星内部声音任务取得的第一个重大进展。然而遗憾的是,所谓的“marsquake”强度实在太小,所以它无法帮助科学家了解更多关于火星的结构。

新华社洛杉矶4月23日电美国航天局23日表示,美国“洞察”号火星无人探测器可能首次捕捉到了“火星震”,这也是人类首次在地球以外的行星探测到“地震”。

周一至周五早间

“洞察”号探测器

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火星震是怎样探测到的?火星震到底是什么样?探测火星震有何意义?

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度过的第128个火星日,由着陆器机械臂释放在火星表面的内部结构地震仪第一次记录到疑似“火星地震”。

但有这一件事情可以证明的是,火星是一颗地震活跃的星球,洞察号未来可能在会捕捉到更多的地震。

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美国宇航局喷气推进实验室的洞察首席研究员布鲁斯·班纳特(Bruce Banerdt)介绍说:“这是第一次有记录的震动,而且,似乎是来自行星内部,而不是由表面的某些震动,如风引起的。在此之前我们一直在收集背景噪音,直到突然收获异常响声。科学家们仍在研究这些数据,以确定信号的确切原因。这个事件很有可能正式开启了一个新领域:火星地震学!”

于2018年5月发射的洞察号探索目标相对比较简单:静静地待在火星上聆听火星风暴。为了做到这一点,该探测器配备了一个极其灵敏的圆顶地震仪,该地震仪由法国航天局制造。据了解,该仪器非常敏感,它必须要密封在真空中,这样才能捕捉到火星地壳中最微小的扰动。12月19日,洞察号小心翼翼地将这个被叫做SEIS的地震仪安放在火星表面。

SEIS地震仪(图片来源:NASA/JPL-Caltech)

·行星科学·

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第一个信号出现在4月6日,这证明了火星至少有能力发生地震。洞察号科研团队非常确定地震来自火星内部,而不是由风或其他外力引起的。到目前为止,洞察号还发现了另外三个地震活动信号,但都比4月6日的地震要弱得多。地震的原因尚不清楚,但对建造地震仪的团队来说,检测到它是一个重大的验证。“我们已经等了好几个月才有了第一次的火星地震,”SEIS的首席调查员Philippe Lognonne在一份声明中说道,“终于有证据表明火星仍处于地震活跃状态,这太令人兴奋了。我们期待在我们对它进行更多的研究并对我们的数据建模后分享详细的结果。”

火星震怎么测到的

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“洞察”号第一次测到疑似火星地震事件。震动频率本身并不能被人耳听见,这里是被放大了。(来源:NASA/JPL-Caltech/CNES/IPGP/Imperial College London)

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这次火星震是由“洞察”号携带的“内部结构地震实验仪”探测和记录到的。这部由法国国家航天研究中心研制的地震仪灵敏度极高,足以“感知”尺度为氢原子半径的火星表面运动,记录火星震或陨石冲击引发的震波。

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我们所生活的地球十分活跃,时刻都在颤动,不仅有来自表面的海浪、潮汐、降水和风,还有来自内部的板块运动、壳层断裂,每天大大小小的地震就有上万起。与地球相反,月球和火星则非常安静。但是,这并不表示它们就没有地震。由于大气很稀薄,表面温差较大,热胀冷缩会让月球或火星表面一些结构产生应力,累计到一定程度,就会强大到足以让地壳出现破裂,从而产生地震。

科学家们认为,火星地震的起源与地球上地震活动的起源有些不同。我们星球上的许多地震都是由板块构造引起的。板块在不断地移动和相互摩擦,这种运动部分是由地球内部深处的热量引发。然而在温度较低、活动较少的火星上,地震被认为是由火星岩石地壳内部裂缝中较小运动引起。随着时间的推移,火星变冷,它的岩石开始收缩并释放能量,进而导致一些可能发生的震动。

据项目团队介绍,这是人类首次在其他行星表面放置地震仪,也是“洞察”号上最重要的探测仪器,“洞察”号大约四分之三的科学探测任务都需要依赖它来完成。

SEIS地震仪(图片来源:NASA/JPL-Caltech)

“洞察”号第一次测到疑似火星地震事件。震动频率本身并不能被人耳听见,这里是被放大了。(来源:NASA/JPL-Caltech/CNES/IPGP/Imperial College London)

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4月6日,在“洞察”号登陆火星的第128个火星日,“内部结构地震实验仪”可能首次捕捉到了火星震信号。这是“洞察”号第一次“听到”源于这颗红色星球内部的震动,此前“洞察”号曾捕捉到火星风等地表因素引起的震动。

NASA

美国航天局对地球以外星球的地质活动可以说颇有经验,早在“阿波罗”任务期间就对月震进行过研究。1969年至1977年间,宇航员曾在月球上安装了5台地震仪,测量了数千次月震,揭示了月球上的地震活动。不同的成分可以改变或反射地震波的速度,科学家利用这些地震波来了解月球内部结构,建立和完善月球形成模型。探测火星地震采用的也是相同的原理,当然根本目的也是相同的。这次疑似火星地震(被命名为“火星Sol 128事件”)令人兴奋,因为它的大小和持续时间比较长,与月震的情况类似。

最终,洞察号科研小队希望利用探测器上的火星地震检测技术来弄清清楚火星究竟是由什么构成的。由于地震产生的波会穿过火星上所有不同的岩石和物质,所以这些信号提供了有关火星内部结构的重要信息。

此外,“内部结构地震实验仪”还分别于3月14日、4月10日和11日探测到3次疑似地震信号,但它们比4月6日测到的信号更微弱。这些信号来源尚不明确,科学家们仍在研究相关数据。

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虽然4月6日的地震规模太小,还无法帮助科学家实现这一目标,但NASA仍有希望很快获得更多的数据。“直到现在我们一直在收集背景噪音,而这第一次事件正式开启了一个新的领域:火星地震学,”洞察号首席研究员(Bruce Banerdt在一份声明中说道。

据介绍,探测这些微小的火星震需要复杂的工程技术。在地球上,精密的地震仪通常被密封在地下室,以便使其免受温度和天气变化影响。“内部结构地震实验仪”则装有几个精巧的绝缘屏障,包括防风隔热罩,使其免受火星极端温度变化和强风影响。

,洞察号火星探测器在今年4月6日监测到一次“很可能是火星地震的活动”,如果得到证实,这将是人类首次观测到火星地震。洞察号于去年11月登陆火星,开始对火星地表及内部结构进行探索。洞察号携带的SEIS地震仪除了监测气象事件导致的地表震动,还能记录下火星内部的地震活动。目前,NASA科学家正在进一步分析此次震动的原因。这项研究不仅开启了“火星地震学”这个全新的领域,还将帮忙我们重新认识火星的形成与演化。

“阿波罗”11号宇航员布兹·阿尔德林在月面安置月震仪

火星震什么样

·气候·

本次疑似火星地震事件由瑞士联邦理工学院(Swiss Federal Institute of Technology)领导的“洞察”号火星地震服务团队确认。事实上,在3月14日、4月10日和4月11日,SEIS上也曾三次记录到震动,但是信号比“Sol 128事件”更为微弱,而且来源也不明确,因此团队并没有把它们列为疑似事件。“洞察”号上的地震仪是专为火星地震设计的,非常灵敏,同时还被“风与热隔绝罩”(Wind and Thermal Shield)包裹着,以保护它避免火星表面巨大的温差以及大大小小的风所带来 影响,这样才能确保地震仪接收到来自火星内部微弱的隆隆声。地震仪由法国航天局设计建造,在实验室里测试的时候就表现出好于预期的灵敏度,因此研究人员对侦测到火星地震信心满满,只不过地震信号非常弱也非常少,他们需要积累更多的数据才能确定具体的情况。

美国航天局在其官网上公布了一段由“内部结构地震实验仪”记录的火星震音频。长达1分钟的音频还将火星震与火星风以及“洞察”号机械臂拍照运动的声音相对比。

气候变暖加剧全球贫富差距

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记者试听感觉,火星风是低沉的“隆隆”声,火星震音调略高、强度更大,机械臂运动声音起伏,音量最大。项目团队表示,音频经过了特殊处理,火星上的真实震动人类耳朵是听不见的。

最近,来自斯坦福大学的研究人员发现,从1960年代开始,随着全球持续变暖,世界各地区的经济状况也受到了影响:富裕地区更加富裕,而贫穷地区变得更加贫穷。在该研究之前,他们就已经发现近50年的温度波动与全球165个国家GDP产量有关,而新研究综合了该数据和20种气候模型,分析了气温升高前与升高后,各地区经济量和经济增长率的变化。

由“洞察”号机械臂部署在火星表面的地震仪SEIS(来源:NASA/JPL-Caltech)

据介绍,火星表面非常安静,这有助于地震仪捕捉到很微弱的震动声。相比之下,地球表面经常受海洋和气候活动影响而出现颤动。如果此类火星震发生在美国加利福尼亚南部地区,信号将被淹没在每天频繁发生的地表爆破音中。

综合来说,1961-2010年因全球变暖,贫困地区人均财富值下降了17%-30%,而最富有地区与最贫困地区相比,人均经济产出量被多拉开了大约25%的距离。此外,该现象引起的经济增长主要集中在北欧等寒冷地区的富裕国家,经济下降集中在热带地区的贫穷国家。研究人员推测这与人类更喜欢在适宜的温度下劳作相关,全球变暖会让寒冷地区温度更适宜工作,而热带地区则相反。该研究发表在《美国科学院院刊》上。

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法国巴黎地球物理研究所“内部结构地震实验仪”首席科学家菲利普·洛尼奥内表示,他的团队等待了几个月终于等来了这样的信号。终于有证据表明火星仍处于地震活跃状态,这是令人兴奋的发现。研究人员期待对这些数据进行分析,早日与公众分享更多有关火星震的详情。

·生物工程·

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探测火星震有何意义

无需电池的自驱动心脏起搏器

探测到火星震是“洞察”号火星任务的一个里程碑。“洞察”号首席科学家布鲁斯·巴纳特表示,此次探测成果正式开启了一个新领域——火星震学。

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地球上的地震发生在由板块运动产生的断层上。火星没有板块构造,但它持续的冷却和收缩过程会产生压力,当这种压力积累到足够大,就可以打破地壳,引发火星地震。

目前的心脏起搏器等植入式医疗器件主要依靠电池供能,这些电池不仅笨重坚硬,而且寿命较短。在一项最新发表于《自然·通讯》的研究中,中国科学院北京纳米能源与系统研究所的李舟、佐治亚理工学院的王中林带领团队开发了一种可植入式发电机,可以从心脏搏动中收集能量,为商用起搏器供能。这个能量收集器具有良好的生物相容性和机械耐久性。研究团队已经在猪体内进行测试,这套可植入系统不仅可以进行心脏起搏,还能纠正窦性心律不齐,防止病情恶化。研究团队正在对尺寸、效率和长期生物安全性方面进行优化,以用于人体。

项目团队说,安放在火星表面的“内部结构地震实验仪”就好比“贴着耳朵边放了一部电话”,可以“听”到来自火星内部的震波。通过监测这些震波的传播,科学家可以了解火星内部地震活动的强度和频度,及其在火星内部结构中的位置,从而分析出火星内部不同层级的深度和构成。

·通信·

通过对火星震的研究,科学家可以分析火星形成的历史,以增加人类对地球、月亮等岩石星球起源的了解。

联通5G网络开通,覆盖40座城市

洛尼奥内表示,人类对这一刻等待已久,距美国通过“阿波罗”计划将地震仪放置在月球表面已有50年时间。

4月23日,在上海5G创新发展峰会上,中国联通董事长王晓初宣布中国联通的5G试验网络开通,覆盖范围国内至少40座城市。其中,北京、上海、广州、深圳、南京、杭州、雄安等7座城市的核心区域将实现连续覆盖;33座城市的热点区域和n座城市的行业应用区域也将覆盖5G网络。这标志着中国联通的5G网络已具备商用条件,并走向初步规模化部署阶段。

美国实施“阿波罗”载人登月计划期间,航天员曾在月球表面放置5台地震仪,在1969年至1977年间探测到数千次月球震,帮助科学家了解月球内部构造及其形成。美国计划2024年前让宇航员重返月球,为人类未来探索和登陆火星奠定基础。

·物理学·

上世纪70年代,美国发射的“维京”号火星车曾试图在火星上进行地震学研究,但其搭载的地震仪位于着陆器顶部,没接触火星表面,因此没能记录下有效的火星震信号。

颗粒状固体展示出液体运动特性

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图中较轻的沙粒在特殊条件下像液体一样运动。图:ETZ Zurich

聚集在一起的固体颗粒的运动方式和液体一样,但其运动机制还并不清楚。最新发表在《美国科学院院刊》上的文章发现,固体颗粒竟然表现出瑞利泰勒不稳定性。这种不稳定性本来是指液体的运动方式:当两种密度不同的不相溶液体混合时,低密度液体在上升过程中会推开高密度液体,最终形成一个小泡上升。而在新研究中,研究者混合了两种质量的沙子,它们发现随着垂直振动或者向上释放气体,沙粒也会如同液体一样运动,最终质量轻的逐渐往上移动并形成小泡状。这是首次在颗粒状固体中发现与液体存在一样的运动原理,对将来研究砂石地质作用或其他液体状的物质运动有重要意义。

·健康·

“地中海式饮食”可以防止过度饮食

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图片来源:CC0 Public Domain

“地中海式饮食”是一种特殊的饮食结构,强调多吃蔬菜、水果、鱼、豆类和坚果类食物,而谷类则是其次,并且烹饪时提倡用橄榄油。今天发表于《肥胖》期刊的一项研究发现,地中海饮食有助于防止过度饮食,控制体重。来自维克森林大学医学院的研究团队将38只初始体重和体脂率相似的雌性灵长动物随机分为两组,并分别给予模拟人类地中海饮食和西方饮食的食物。在为期38个月的研究后,科学家发现,地中海饮食组的动物不会吃掉全部能得到的食物,因此,尽管地中海饮食和西方饮食中脂肪、蛋白质和碳水化合物的比例相似,该组动物摄入的能量更少,能够维持体重,防止肥胖的发生。

·航天·

长征五号B运载火箭将于2020年首飞

据新华社消息,空间站任务阶段的首次飞行——长征五号B运载火箭预计于2020年上半年首飞。长征五号B运载火箭是我国近地轨道运载能力最大的新一代运载火箭,承担我国空间站舱段发射任务。

·科技企业·

美国颁发首张无人机送快递许可证

日前,Alphabet旗下的初创公司Wing获得美国联邦航空管理局的批准,成为美国首家能够利用无人机送快递的公司。该公司计划于今年晚些时候在弗吉尼亚州开始试运行,将商品从Blacksburg和Christiansburg两座城市的商业区送至周边郊区。就在两周前,Wing已经在澳大利亚首都堪培拉开展无人机送货业务。

文:吴非、杨心舟、陈德芊、董依明

编辑:杨心舟、吴非

封面图来源:NASA/JPL-Caltech

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